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专利号: 2023105266053
申请人: 重庆大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无配对的无证书聚合签名数据安全保护方法,其特征在于,包括:系统初始化步骤:服务器获取并广播系统参数;

秘密值选择步骤:数字设备选择数字设备秘密值并基于数字设备秘密值生成数字设备参数组,将所述数字设备参数组发送至服务器;传感器选择传感器秘密值;

部分密钥提取步骤:服务器根据数字设备参数组为数字设备生成数字设备部分私钥,服务器为每个传感器生成传感器部分私钥;

完整密钥生成步骤:数字设备生成数字设备完整私钥和数字设备完整公钥;每个传感器生成各自对应的传感器完整私钥和传感器完整公钥;

传感器数据签名上传和验证步骤:基于传感器数据获取每个传感器的签名,每个传感器将自身的签名和消息组成传感器元组发送至数字设备,每个传感器的消息包括传感器数据、传感器匿名和传感器当前时间戳;数字设备验证传感器元组合法后接受传感器元组;

聚合签名及验证步骤:数字设备基于所有传感器的签名生成聚合签名,数字设备基于所有传感器的消息生成聚合消息,所述聚合消息包括数字设备的当前时间戳,将聚合签名和聚合消息发送至服务器;服务器对聚合签名和聚合消息进行验证,验证通过后接受聚合签名和聚合消息;

所述系统初始化步骤具体包括:

服务器根据给定的安全参数1λ选择一个阶为素数q生成元为P的群G,从模q的剩余类中随机选取第一参数s作为系统主密钥msk,生成系统主公钥mpk,选取8个hash函数H、h、H0、H1、H2、H3、H4和H5,广播系统参数params={G,q,P,mpk,H,h,H0~H5};所述秘密值选择步骤具体包括:数字设备随机选择第二参数 作为数字设备秘密值,基于数字设备秘密值xp生成数字设备参数组并将数字设备参数组发送给服务器,所述数字设备参数组包括数字设备组*ID第一异或结果GID、数字设备的密钥过期时间Tp和数字设备匿名PIDp;

所述数字设备参数组的生成过程为:获取数字设备秘密值公钥Xp=xp·P并公开;获取数字设备的组ID: 其中,IDp表示数字设备的真实身份ID, 为异或计算符;获取数字设备组ID第一异或结果: 获取数字设备匿名:

其中,Tp表示数字设备的密钥过期时间;

数字设备管理区域内的每个传感器从模q剩余类 中随机选取一个第三参数作为该传感器的传感器秘密值,基于传感器秘密值获取传感器秘密值公钥并公开,传感器发送真实身份ID至服务器,设第j个传感器SNj从模q剩余类 中随机选取第三参数xj作为传感器秘密值,计算第j个传感器的传感器秘密值公钥Xj,Xj=xj·P,公开Xj;在所述部分密钥提取步骤中,服务器根据数字设备参数组为数字设备生成数字设备部分私钥子步骤具体包括:随机选择第六参数 计算数字设备的部分公钥Cp=cp·P;

获取数字设备部分私钥计算中间值

获得数字设备部分私钥ppkp=cp+s·h1pmodq,modq表示对q的模运算;

获得数字设备元素集合PPKp=(Cp,ppkp),将数字设备元素集合发送至数字设备;

数字设备验证数字设备元素集合:数字设备计算数字设备部分私钥计算中间值h1p,若等式ppkp·P=Cp+mpk·h1p成立,数字设备接受数字设备元素集合PPKp;在所述部分密钥提取步骤中,服务器为每个传感器生成传感器部分私钥子步骤包括:对于第j个传感器,服务器随机选择第四参数 计算第j个传感器的传感器匿名其中,IDj表示第j个传感器的真实身份ID,Tj表示第j个

传感器的密钥过期时间;

计算第j个传感器的部分公钥Uj=uj·P;计算第j个传感器的部分私钥中间值h1j=H1(PIDj,Uj,mpk,Xj);

计算第j个传感器的部分私钥ppkj=uj+s·h1jmodq;

获取数字设备组ID第二异或结果:

获得第j个传感器元素集合PPKj=(Uj,ppkj,G′ID),将第j个传感器元素集合发送至第j个传感器;

第j个传感器验证第j个传感器元素集合:第j个传感器计算第j个传感器的部分私钥中间值h1j,若等式ppkj·P=Uj+mpk·h1j成立,第j个传感器接受第j个传感器元素集合PPKj。

2.如权利要求1所述的基于无配对的无证书聚合签名数据安全保护方法,其特征在于,在所述部分密钥提取步骤中,还包括:服务器创建字典Dp和列表Lp,当数字设备验证数字设备元素集合通过后,将第一参数元组(GID,cp,Tp)添加到列表Lp中;

当第j个传感器验证第j个传感器元素集合通过后,将第二参数元组(PIDj,uj,Tj)添加到列表Lp中;

按照以数字设备匿名PIDp为关键字,列表Lp为值的方式将数字设备匿名PIDp和列表Lp添加到字典Dp中。

3.如权利要求1所述的基于无配对的无证书聚合签名数据安全保护方法,其特征在于,在所述完整密钥生成步骤中:数字设备完整私钥为skp=(ppkp,xp),数字设备完整公钥为pkp=(Cp,Xp),公开数字设备完整公钥;

第j个传感器的传感器完整私钥为:skj=(ppkj,xj),第j个传感器的传感器完整公钥为:pkj=(Uj,Xj),公开传感器完整公钥。

4.如权利要求1所述的基于无配对的无证书聚合签名数据安全保护方法,其特征在于,所述传感器数据签名上传和验证步骤具体包括:设第j个传感器产生的数据为Mj,第j个传感器的当前时间戳为tj,随机选择第五参数计算第j个传感器的第一部分签名Vj=vj·P,计算第j个传感器的第一签名中间值h2j=H2(Mj,PIDj,tj,pkj),计算第j个传感器的第二签名中间值h3j=H3(Mj,PIDj,tj,mpk),计算第j个传感器的第二部分签名wj=vj+xj·h2j+ppkj·h3j,则第j个传感器的签名为:σj=(Vj,wj);第j个传感器的传感器元组为(σj,Mj,PIDj,tj);

数字设备验证第j个传感器的传感器元组包括:数字设备首先验证第j个传感器的当前时间戳tj是否合法,合法则执行:计算第了个传感器的部分私钥中间值h1j=H1(PIDj,Uj,mpk,Xj)、第j个传感器的第一签名中间值h2j和第j个传感器的第二签名中间值h3j,验证第一等式是否成立,若第一等式成立则接受第j个传感器的传感器元组;所述第一等式为:wj·P‑Vj=Xj·h2j+h3j·(Uj+mpk·h1j)。

5.如权利要求4所述的基于无配对的无证书聚合签名数据安全保护方法,其特征在于,所述聚合签名及验证步骤包括:步骤A,数字设备生成聚合签名和聚合消息,具体包括:

计算所有传感器的第二部分签名累积和

计算聚合签名中间值h4p=H4(MJ,PIDJ,TJ,pkp,tp),其中,MJ表示所有传感器的数据集合,MJ={M1,M2,...,Mn},PIDJ表示所有传感器的匿名集合,PIDJ={PID1,PID2,...,PIDn},TJ表示所有传感器的时间戳集合,TJ={t1,t2,...,tn},tp表示数字设备的当前时间戳,n表示传感器数量;

计算数字设备签名Wp:

计算抗共谋攻击签名:z=H5(w1·p‑V1||w2·p‑V2||…||wn·p‑Vn),其中,||表示将前后数据放在一起;

以(MJ,PIDJ,TJ,PIDp,tp)为聚合消息,将σp=(WJ,Wp,z)作为聚合消息对应的聚合签名,将聚合签名和聚合消息发送至服务器;

步骤B,服务器对聚合签名和聚合消息进行验证,具体验证过程为:

验证所有传感器的时间戳集合TJ和数字设备的当前时间戳tp是否合法,若合法,则执行:计算每个传感器的部分私钥中间值、第一签名中间值、第二签名中间值,计算每个传感器的抗共谋攻击签名中间值,第j个传感器的抗共谋攻击签名中间值为:zj=Xj·h2j+h3j·(Uj+mpk·h1j);

计算聚合签名中间值;

验证第二等式和第三等式是否成立,当第二等式和第三等式同时成立时,服务器接受聚合签名和聚合消息;

第二等式为:z=H5(z1||z2||…||zn);

第三等式为:Wp=WJ·[Xp+(Cp+mpk·h1p)·h4p]。

6.一种物联网系统,其特征在于,包括多个传感器节点、与多个传感器节点连接通信的至少一个数字设备、以及与数字设备连接通信的服务器,传感器节点、数字设备和服务器按照权利要求1‑5中任一项所述方法对传感器数据进行安全保护。